작성일 : 17-11-09 17:07
최낙원 한국과학기술연구원(KIST) 바이오마이크로시스템연구단 책임연구원과 최정규 고려대 화공생명공학과 교수 공동연구팀은. 유전자 증폭 기술 개발
 글쓴이 : happy
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가족 간의 유전질환이 궁금하다면

2017년 11월 08일 17:00


유전자 질환을 쉽게 검사할 수 있는 유전자 증폭 기술이 나왔다.

 

최낙원 한국과학기술연구원(KIST) 바이오마이크로시스템연구단 책임연구원과 최정규 고려대 화공생명공학과 교수 공동연구팀은 질병 관련 유전자를 한번에 최대 27개까지 검출할 수 있는 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

 

알츠하이머성 치매 같은 유전질환은 혈액 속 마이크로 RNA로 진단한다. 알츠하이머과 관련된 마이크로 RNA가 검출된다면 당장 치매 증상이 없더라도 앞으로 발병 가능성이 높다. 혈액 속 극미량의 마이크로 RNA를 찾아내기 위해 증폭 과정이 필요하다.

 

연구팀은 한번에 증폭할 수 있는 마이크로 RNA 수를 획기적으로 늘렸다. 형광 물질 대신 친수성 고분자 물질인 하이드로젤을 이용했다. 형광 물질은 유전자에 각기 다른 색을 입혀 한 번에 5~6개 유전자를 찾아낼 수 있게 한다. 하이드로젤은 색 대신 위치로 유전자를 구분한다. 하이드로젤 안에 특정 유전자를 증폭하는 물질인 프라이머를 고정시키면 프라이머에 맞는 유전자만 증폭이 된다. 플라스틱 칩 안에 서로 다른 프라이머를 고정한 하이드로젤 기둥을 넣어 동시에 유전자를 증폭하면 하이드로젤 기둥 수 만큼 서로 다른 종류의 유전자를 구분할 수 있다.

 

프라이머를 분리함으로써 유전자 증폭 과정에서 돌연변이처럼 일어났던 비특이적 증폭도 줄일 수 있게 됐다. 최 책임연구원은 “하이드로젤을 이용해 여러 유전자를 동시에 정밀하게 검출하는 최적의 기술”이라며 “알츠하이머 뿐만 아니라 다른 유전 질환의 진단에도 적용할 수 있다”고 말했다.

 

이 연구는 국제학술지 바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스에 10월 19일 게재됐다.

  • 오가희 기자 solea@donga.com


(좌)하이드로젤 기둥을 이용한 실시간 핵산 증폭·(우)이번 성과 이용, 알츠하이머 관련 마이크로RNA 합성 타겟 동시 다중 검출. <자료=연구재단 제공 >
(좌)하이드로젤 기둥을 이용한 실시간 핵산 증폭·(우)이번 성과 이용, 알츠하이머 관련 마이크로RNA 합성 타겟 동시 다중 검출. <자료=연구재단 제공>

'하이드로젤'을 이용해 질환 유전자를 쉽게 검출하는 기술이 개발돼, 알츠하이머 같은 유전자 질환 진단에 적용할 수 있을 전망이다.

한국연구재단(이사장 조무제)은 최낙원 KIST 박사와 최정규 고려대 교수 공동연구팀이 '하이드로젤 기둥을 이용한 실시간 핵산 증폭(qPCR : quantitative polymerase chain reaction) 연쇄 반응'에 성공했다고 8알 밝혔다.

실시간 핵산 증폭은 극소량의 유전물질을 증폭시켜 질환 유전자의 유무를 판단하는 방법이다. 암과 알츠하이머와 같은 유전질환 진단과 예후 관측에 널리 사용되고 있다.

하지만 기존의 용액 기반 실시간 핵산 증폭은 단일 샘플에서 3~4개의 유전자만 동시에 검출할 수 있다. 또 목표 유전자를 증폭하는 개시제인 '프라이머(primer)'를 정교하게 구성해도 비특이적인 증폭이 생기는 한계가 있다.

연구팀은 하이드로젤을 사용하면 다수 프라이머들을 공간적 격리가 가능해, 기존 한계점을 극복할 수 있다고 발상해 연구를 시작했다. 하이드로젤은 수분 함량이 90%인 친수성 고분자로, 뛰어난 생체친화성 때문에 인공 장기와 약물 전달 수용체 등으로 사용된다. 

연구팀은 플라스틱 칩 안에 여러 개의 하이드로젤 기둥을 자외선을 쪼여서 고정시켰다. 이를 통해 하이드로젤 기둥을 위치별로 구분할 수 있게 했다. 그리고 하이드로젤 안에는 특정 마이크로RNA를 증폭하기 위한 프라이머를 고정했다.

마이크로RNA(miRNA)는 단백질 중합체 내부의 아미노산을 번역하는 기능의 mRNA(messenger RNA)로부터 단백질이 번역되는 것을 억제하는 RNA다.

하이드로젤은 자외선 에너지에 따라서 기공 크기를 조절할 수 있으며, 이를 통해 마이크로RNA와 실시간 핵산 증폭에 필요한 물질들이 하이드로젤 내부로 자유롭게 확산될 수 있도록 조절했다. 또한 하이드로젤 기둥끼리 떨어뜨려, 포워드 프라이머(forward primer)들이 서로 간섭 없도록 했다.

이렇게 제작된 하이드로젤 기둥들은 실시간 핵산 증폭이 진행됨에 따라, 포워드 프라이머가 있는 하이드로젤 기둥만 형광을 띄게 했다. 복잡한 프라이머 구성 없이도 여러 종류의 마이크로RNA가 서로에 대해서만 반응할 수 있게 된 것이다.

또한, 하이드로젤 기둥의 수만큼 최대 27개의 유전자를 동시에 검출할 수 있어서 기존에 비해 동시 다중 검출의 효율성이 대폭 증가됐다.

연구팀은 검증 모델로 알츠하이머 병과 관련이 있는 5가지 종류의 마이크로RNA를 인간 혈장(Plasma) 안에서도 선택적으로 검출했다.

최낙원 KIST 박사는
"하이드로젤을 이용해 여러 유전자를 동시에 정밀하게 검출해 내는 최적의 기술을 개발한 것으로, 알츠하이머 등 다양한 유전질환 진단에 적용될 것"으로 기대했다.

이 연구성과는 국제학술지인 '바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensors & Bioelectronics)' 지난달 19일자에 게재됐다.